Принцип действия ионизационных манометров

Для того чтобы существовала пропорциональность между давлением газа и числом образующихся ионов, требуются два условия: 1) интенсивность излучения ионизирующего источника должна быть постоянной;

2) длина свободного пробега ионизирующих частиц и образующихся ионов должна быть больше расстояния между электродами.

Необходимость первого условия очевидна из уравнения (1. 24).

В случае невыполнения второго условия будут происходить:

а) рекомбинация ионов, т. е. процесс, обратный ионизации;

б) частичный уход ионов из зоны действия электрического поля;

Таблица 7

Технические характеристики ионизационных манометрических преобразователей

В термоэлектронных манометрах ионизация газов осуществляется благодаря соударениям молекул газов с электронами, эмиттируемыми накаленным катодом. Ионный ток, измеряемый в цепи коллектора, находящегося под отрицательным потенциалом, служит мерой давления.

Первые конструкции термоэлектронных манометров 38, 39 имели ту особенность, что в качестве манометрического преобразователя использовалась обычная радиолампа — триод, баллон которой был соединен с вакуумной системой. На рис. 4. 2 и 4. 3 приведены два возможных варианта использования обычного триода в качестве термоэлектронного манометрического преобразователя. Схема, изображенная на рис. 4. 2, может быть названа схемой с внутренним коллектором ионов, а на рис. 4. 3 — схемой с внешним коллектором ионов. При включении манометрического преобразователя по схеме рис. 4. 2 электроны, эмиттируе-мые накаленным катодом, направляются к аноду и на своем пути производят ионизацию молекул газа, заполняющего манометр. Образующиеся при этом положительные ионы направляются к отрицательно заряженной сетке — коллектору ионов, в цепи которого измеряется ионный ток пропорциональный давлению газа. В схеме с внешним коллектором ионов (рис. 4. 3) сетка находится под положительным потенциалом, а коллектором ионов является анод. В этом случае электроны, эмиттируемые катодом, ускоряются положительным потенциалом сетки. В связи с большой прозрачностью сетки значительная часть электронного потока проходит мимо ее витков, тормозится отрицательным потенциалом коллектора и возвращается снова к сетке, т. е. электроны совершают колебания вокруг витков сетки. При этом длина пробега электронов I значительно увеличивается, и, следовательно, согласно выражению (1. 25), возрастает число N положительных ионов, образуемых в 1 сек. Это значительно увеличивает чувствительность манометра, включенного по схеме с внешним коллектором ионов.

в) увеличение роли Вторичных столкновений, сопровождающихся двух- или даже трехкратной ионизацией, так как число образующихся ионов становится соизмеримым с числом ионизированных частиц. В результате зависимость числа образующихся ионов от давления окажется более сложной, чем это следует из уравнения (1. 24).

В зависимости от вида источника ионизации ионизационные манометры делятся на несколько типов: термоэлектронные, магнитные и радиоизотопные манометры. В термоэлектронном манометре для ионизации газа используются электроны, эмитти-руемые накаленным катодом, а в магнитном манометре — холодным катодом. В радиоизотопном манометре применяется ионизация газа a-излучением радиоактивных изотопов.

В табл. 7 приведены технические данные различных типов ионизационных манометрических преобразователей, используемых в промышленности. Магнитные и термоэлектронные манометры находят широкое применение для измерения высокого и сверхвысокого вакуума, а радиоизотопные — для измерения низкого и среднего вакуума.

Пределы измерения ионизационных манометров различных типов показаны на рис. 4. 1.